熱水型合成爐與蒸汽型合成爐的性能對比及運行總結(jié)

李春江，李中華

（新疆天業(yè)天能化工有限公司，新疆 石河子832000）

新疆天業(yè)天能化工有限公司是設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)40 萬t聚氯乙烯PVC 項目， 配套鹽酸工段8 臺（150 d/t HCl）熱水型HCl 二合一合成爐裝置（簡稱熱水爐），配套溴化鋰工段5 臺熱水型換熱機組及2 臺蒸汽型機組。

2012 年9 月，該公司開始實施年產(chǎn)5 萬t聚氯乙烯技改項目，在技改中新增1 臺（150 d/t HCL 4.18 t/h蒸汽）蒸汽爐于2013 年7 月投入使用，目前生產(chǎn)運行穩(wěn)定，產(chǎn)生溫度160 ℃，壓力0.4～0.6 MPa 的蒸汽供用戶使用。通過一段時間的投入運行觀察，現(xiàn)將這2 種型號合成爐的使用性能及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對比。

1 熱水型合成爐在生產(chǎn)使用中的性能分析

1.1 熱水爐的熱水使用工藝流程

（1）熱水爐的熱水使用工藝流程框圖見圖1。

圖1 熱水爐熱水使用工藝流程圖

熱水爐產(chǎn)出的95 ℃熱水，冬季去采暖機組供全廠采暖，夏季供溴化鋰崗位利用溴化鋰熱水機組將熱能轉(zhuǎn)化冷源生產(chǎn)7 ℃水。

（2）配套設(shè)施。熱水爐水使用配套設(shè)施見表1。

表1 熱水爐熱水使用配套設(shè)備

1.2 工藝指標(biāo)控制及運行記錄見表2

表2 工藝指標(biāo)運動記錄

1.3 副產(chǎn)品能源利用

熱水爐在滿負(fù)荷生產(chǎn)中合成段能利用250 萬kcal/h的熱量產(chǎn)熱水供溴化鋰使用 （換熱熱水壓力110 kPa， 流量250 m3/h， 換熱前后熱水溫度上升10 ℃）。按年8 000 h 計算，每年可利用2 000 000 萬kcal 熱量，折合節(jié)約標(biāo)煤2 857 t。

1.4 使用過程中存在的優(yōu)點及不足

優(yōu)點：（1）熱水爐夾套熱水進(jìn)口溫度在65～80 ℃，未生產(chǎn)作為備用合成爐時稍開熱水，即可起到防凍效果。（2）熱水爐副產(chǎn)熱水溫度與壓力相對較低，其熱水出口溫度≤95 ℃、壓力≤240 kPa，因此操作簡單安全系數(shù)高。

存在的不足：（1）熱水爐中的熱水在輸送過程中出現(xiàn)嚴(yán)重氣蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致熱水泵蝸殼、葉輪、出口等設(shè)備及管線腐蝕穿孔，見圖2。由于熱水水溫高達(dá)（85～95 ℃），其熱水系統(tǒng)為敞口式（熱水儲槽為敞口式方便壓力補償），使得液體的化學(xué)和電化學(xué)作用又加速了氣蝕的破壞過程。（2）溴化鋰在秋冬、春夏季節(jié)切換系統(tǒng)冷卻水時，大氣環(huán)境溫度較高，但采暖系統(tǒng)所需的熱量低于熱水爐產(chǎn)出的熱量，造成熱量多余，熱水爐夾套水溫度超過工藝控制指標(biāo)，需要補充純水以便置換降溫或增開換熱裝置降溫，這樣即不環(huán)保又不節(jié)能。

圖2 設(shè)備腐蝕穿孔現(xiàn)象

2 蒸汽合成爐使用性能分析

2.1 蒸汽型合成爐工藝流程圖

（1）蒸汽爐工藝流程圖見圖3。

圖3 蒸汽爐工藝流程圖

（2）配套設(shè)備見表3

表3 蒸汽爐配套設(shè)備

2.2 工藝控制指標(biāo)及運行記錄（見表4）

表4 工藝控制指標(biāo)運行記錄

2.3 產(chǎn)品能源利用

蒸汽爐在滿負(fù)荷生產(chǎn)中能利用270 萬kcal/h 的熱量產(chǎn)蒸汽供后續(xù)工段使用（蒸汽壓力0.6 MPa，蒸汽流量4.18 t/h，熱焓2 756.4 kJ/kg）。 按年8 000 h計算，一年利用熱量2 160 000 萬kcal，折合節(jié)約標(biāo)煤3 086 t。

2.4 使用過程中存在的優(yōu)點及不足

優(yōu)點：（1）蒸汽爐生產(chǎn)溫度，壓力流量穩(wěn)定的蒸汽，因此可以通過蒸汽分配臺并入蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，提供給不同的用戶。例如目前熱水爐滿足了采暖需求， 而蒸汽爐所產(chǎn)生的蒸汽又可供聚合汽提塔使用。（2）蒸汽是一種清潔能源，蒸汽冷凝水（純水）可回收利用。蒸汽爐的使用對于氯化氫合成生產(chǎn)過程中的燃燒熱在利用上找到一條新的思路。

存在不足：由于新疆天業(yè)地處北方，一年四季溫差較大，夏季溫度最高能達(dá)到40 ℃，冬季低溫最低為-35～-40 ℃。蒸汽合成爐中間蒸汽段由于溫度及壓力高，當(dāng)切換合成爐或停車檢修時，會降低壓力和溫度，出現(xiàn)熱脹冷縮的情況造成冷卻水泄漏，需檢修完畢后將蒸汽爐重新開啟后方可消除。

3 總結(jié)建議及經(jīng)濟(jì)效益

（1）通過上述情況進(jìn)行分析對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)總管壓力一定時，蒸汽爐與熱水爐的生產(chǎn)能力穩(wěn)定，工藝控制指標(biāo)合格率為100%。但是熱水型合成爐氣蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重影響安全穩(wěn)定生產(chǎn)；

（2）通過上述配套設(shè)備對比發(fā)現(xiàn)，蒸汽爐較熱水爐在配套設(shè)施方面有所減少，中間控制環(huán)節(jié)簡單，操作方便效果明顯。在初始投資時可節(jié)約約250 萬元；

（3）熱水爐熱熱能用途單一，而蒸汽爐熱能使用廣泛，于此同時，使用蒸汽型熱水爐還能減少溴化鋰熱水泵的使用（2 開1 備p=450 kW），按年8 000 h計算，電費單價按照0.44 元計算，則一年將節(jié)約電費396 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著；

（4）在能源利用方面，在產(chǎn)能相同的情況下，蒸汽爐以每年利用2 160 000 萬kcal 熱量，折合3 086 t標(biāo)煤產(chǎn)出，高于熱水爐每年利用2 000 000 萬kcal 熱量，折合2 857 t 標(biāo)煤產(chǎn)出。不僅在能源利用率上，還是在能源利用形式上蒸汽爐都優(yōu)于熱水爐。

優(yōu)化建議：以后在新建、擴(kuò)建及技術(shù)改造項目中使用蒸汽型合成爐。蒸汽爐在大規(guī)模投入生產(chǎn)前，應(yīng)該針對副產(chǎn)蒸汽的特點（比如：壓力低），找到更多安全有效利用蒸汽的方式、方法。 對合成段（高溫段）換熱石墨塊提出更高的要求，使得蒸汽爐在副產(chǎn)蒸汽的壓力更高（≥0.8 MPa），便于輸送，使用用途更廣泛。